(57)【要約】    【課題】  アルミニウム系焼結中間ブロックによる増粘着力の効果と、鉄合金系焼結ブロックの長所である摩擦特性の安定化を図ることができる車両ブレーキ用制輪子を提供する。    【解決手段】  車両ブレーキ用制輪子において、バックメタル２と、このバックメタル２上に固定され、中央部にアルミニウム系焼結中間ブロック３を有し、その両側に鉄系焼結合金のブロック４Ａ，４Ｂ，５Ａ，５Ｂを配置した３ブロックのハイブリッド構造を有する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）バックメタルと、
（ｂ）該バックメタル上に固定され、中央部に溶着片を生じさせるアルミニウム系焼結ブロックを有し、その両側に鉄系焼結合金ブロックを配置した３ブロックのハイブリッド構造を有することを特徴とする車両ブレーキ用制輪子。
【請求項２】
請求項１記載の車両ブレーキ用制輪子において、前記鉄系焼結合金ブロックを２分割した鉄系焼結合金ブロックの間には踏面の摺動方向に縦溝を有することを特徴とする車両ブレーキ用制輪子。
【請求項３】
請求項１記載の車両ブレーキ用制輪子において、前記溶着片を生じさせるアルミニウム系焼結ブロックと前記鉄系焼結ブロック間には踏面の摺動方向に直交する隙間溝を有することを特徴とする車両ブレーキ用制輪子。
【請求項４】
請求項１記載の車両ブレーキ用制輪子において、前記溶着片を生じさせるアルミニウム系焼結ブロックの摩擦係数が前記両端の鉄系焼結ブロックより小さく、摩擦溶着片の発生量は前記両端の鉄系焼結ブロックより大きいことを特徴とする車両ブレーキ用制輪子。
【請求項５】
請求項１から４の何れか１項記載の車両ブレーキ用制輪子において、前記アルミニウム系焼結ブロックが炭化珪素を１％以上含む焼結系の中間ブロックであることを特徴とする車両ブレーキ用制輪子。
【請求項６】
請求項１から４の何れか一項記載の車両ブレーキ用制輪子において、前記鉄系焼結ブロックは銅を含む鉄系焼結合金ブロックであることを特徴とする車両ブレーキ用制輪子。
【請求項７】
請求項１から６の何れか一項記載の車両ブレーキ用制輪子において、前記鉄系焼結ブロックに代えて両端がセラミック材で複合化された高燐鋳鉄系焼結ブロックを用いることを特徴とする車両ブレーキ用制輪子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道車両に用いられる摩擦ブレーキのブレーキ性能を向上させることができる車両ブレーキ用制輪子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図７は従来の車両ブレーキ用制輪子（その１）を示す図であり、図７（ａ）はその車両ブレーキ用制輪子の断面図、図７（ｂ）はその車両ブレーキ用制輪子の正面図である。これは下記特許文献１に示されている。
【０００３】
これらの図において、１０１は制輪子、１０２はバックメタル、１０３は制輪子本体、１０４はセラミックスブロック、１０５は摩擦面である。
【０００４】
この従来例では、制輪子本体１０３に埋め込まれ、その一部が摩擦面１０５に露出するセラミックスブロック１０４を有し、このセラミックスブロック１０４と車輪（図示なし）との接触により、セラミックスブロック１０４から脱落するセラミックス粒子が摩擦面１０５に供給されるようにしている。
【０００５】
図８は従来の車両ブレーキ用制輪子（その２）を示す図であり、図８（ａ）はその車両ブレーキ用制輪子の断面図、図８（ｂ）はその車両ブレーキ用制輪子の正面図である。これは下記特許文献２に示されている。
【０００６】
これらの図において、２０１は鋳鉄系の制輪子、２０２はバックメタル、２０３は制輪子本体、２０４は埋め込みブロック（セラミックス粒子と金属系バインダの焼結体）、２０５は摩擦面である。
【０００７】
この従来例では、制輪子用埋め込みブロック２０４は、鋳鉄系の制輪子２０１の摩擦面２０５にその一部を露出して埋め込まれる。この埋め込みブロック２０４は、セラミックス粒子と金属系バインダの焼結体からなる。
【０００８】
また、他の車両ブレーキ用制輪子としては、制動摩擦面を有する鋳鉄製の制輪子本体と、この制輪子本体より硬質の材料から成り、複数の空隙が実質的に均一に形成されている制動ブロックと、この制動ブロックの後方に位置して前記制輪子本体に鋳ぐるまれるバックメタルとから構成し、前記制動ブロックはその一面を前記制輪子本体の制動摩擦面に露出した状態で前記複数の空隙を含む全体を鋳ぐるむことにより、前記制輪子本体と一体化するようにした鉄道車両用制輪子が開示されている（下記特許文献３，４参照）。
【０００９】
また、本願発明者らは、これまでにバックメタルと、このバックメタル上に固定され、中央に鋳鉄系中間ブロックを有し、その両側にセラミック材で複合化した高燐鋳鉄系ブロックと焼結系ブロックを配置した３ブロックのハイブリッド構造を有する車両ブレーキ用制輪子を提案している（下記特許文献５参照）。
【特許文献１】特許第３００４１５７号公報
【特許文献２】特開平９−１１２６１２号公報
【特許文献３】特許第２８７３５６９号公報
【特許文献４】特許第３２６１４７８号公報
【特許文献５】特開２００４−２９３７５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記した従来の合金系鋳鉄制輪子では、両端側に鉄系焼結合金ブロックで複合化した鉄系焼結合金ブロックを有し、その間に溶着片を生じさせるアルミニウム系焼結中間ブロックを有し、ハイブリッド化したものはなかった。また、板状のブロックを交互に並べて断面の筋目を車輪回転方向に接触させる制輪子もなかった。そのため、従来の一般的な制輪子では、高い粘着力と摩擦特性の安定化を共に満足させることが出来なかった。一方、普通鋳鉄系や従来の高燐鋳鉄系の制輪子では粘着力は高いが溶着片の付着や摩耗量が多く、摩擦係数が低下するという課題があった。
【００１１】
本発明は、上記状況に鑑みて、アルミニウム系焼結ブロックの増粘着力の効果の確保と、鉄系焼結ブロックの長所である摩擦特性の安定化を図ることができる車両ブレーキ用制輪子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕車両ブレーキ用制輪子において、バックメタルと、このバックメタル上に固定され、中央部に溶着片を生じさせるアルミニウム系焼結ブロックを有し、その両側に鉄系焼結合金ブロックを配置した３ブロックのハイブリッド構造を有することを特徴とする。
【００１３】
〔２〕上記〔１〕記載の車両ブレーキ用制輪子において、前記鉄系焼結合金ブロックを２分割した鉄系焼結合金ブロックの間には踏面の摺動方向に縦溝を有することを特徴とする。
【００１４】
〔３〕上記〔１〕記載の車両ブレーキ用制輪子において、前記溶着片を生じさせるアルミニウム系焼結ブロックと前記鉄系焼結ブロック間には踏面の摺動方向に直交する隙間溝を有することを特徴とする。
【００１５】
〔４〕上記〔１〕記載の車両ブレーキ用制輪子において、前記溶着片を生じさせるアルミニウム系焼結ブロックの摩擦係数が前記両端の鉄系焼結ブロックより小さく、摩擦溶着片の発生量は前記両端の鉄系焼結ブロックより大きいことを特徴とする。
【００１６】
〔５〕上記〔１〕から〔４〕の何れか１項記載の車両ブレーキ用制輪子において、前記アルミニウム系焼結ブロックが炭化珪素を１％以上含む焼結系の中間ブロックであることを特徴とする。
【００１７】
〔６〕上記〔１〕から〔４〕の何れか一項記載の車両ブレーキ用制輪子において、前記鉄系焼結ブロックは銅を含む鉄系焼結合金ブロックであることを特徴とする。
【００１８】
〔７〕上記〔１〕から〔６〕の何れか一項記載の車両ブレーキ用制輪子において、前記鉄系焼結ブロックに代えて両端がセラミック材で複合化された高燐鋳鉄系焼結ブロックを用いることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、
（Ａ）アルミニウム系焼結中間ブロックによる増粘着力の効果と、鉄系焼結合金ブロックの長所である摩擦特性の安定化を図ることができる。
【００２０】
（Ｂ）車輪踏面中央部に摺動方向の大きな筋目を形成することにより増粘着効果の確保と転動騒音の低減を両立させることができる。
【００２１】
（Ｃ）アルミニウム系焼結中間ブロックとすることにより、車輪に溶着片によるトレッドパターンが形成される。その結果、車輪・レール踏面の接触面の排水性の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明の車両ブレーキ用制輪子は、バックメタルと、このバックメタル上に固定され、中央部に溶着片を生じさせるアルミニウム系焼結ブロックを有し、その両側に鉄系焼結合金ブロックを配置した３ブロックのハイブリッド構造を有する。よって、アルミニウム系焼結中間ブロックによる増粘着力の効果と、鉄系焼結合金ブロックの長所である瞬時的な摩擦特性の安定化を図ることができる。
【実施例】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００２４】
図１は本発明の車両ブレーキ用制輪子と車輪を示す図であり、図１（ａ）はその側面図、図１（ｂ）はその正面図である。図２は本発明の具体的な第１実施例を示す車両ブレーキ用制輪子の構成図であり、図２（ａ）はその正面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ線断面図、図２（ｃ）は図２（ａ）のＢ−Ｂ線断面図、図２（ｄ）は図２（ａ）のＣ−Ｃ線断面図、図３はその車両ブレーキ用制輪子の斜視図である。
【００２５】
これらの図において、１は車両ブレーキ用制輪子、２はバックメタル、３は溶着片を生じさせるアルミニウム系焼結（アルミニウム・炭化珪素を含む鋳物でもよい）中間ブロック、４Ａ，４Ｂ，５Ａ，５Ｂは鉄系焼結合金ブロックあるいは２分割された鉄系焼結合金ブロック（高燐鋳鉄・炭化珪素のセラミックス合金でもよい）、６Ａ，６Ｂは踏面の摺動方向の縦溝、７Ａ，７Ｂは踏面の摺動方向に直交する隙間溝（横断溝）、１０は車両ブレーキ用制輪子１が外力Ｆによって押し付けられる車輪である。
【００２６】
このように、この実施例の車両ブレーキ用制輪子１は、合金制輪子であって、鉄系焼結合金〔あるいは炭化珪素のセラミック材で複合化した高燐鋳鉄系ブロック（高燐鋳鉄・炭化珪素セラミックス合金でもよい〕４Ａ，４Ｂ，５Ａ，５Ｂの中間に溶着片を生じさせるためのアルミニウム系焼結中間ブロック３を配置した３ブロックのハイブリッド構造であり、アルミニウム系焼結中間ブロック３以外のブロック４Ａ，４Ｂ，５Ａ，５Ｂには踏面の摺動方向に縦溝６Ａ，６Ｂが形成されている。
【００２７】
このように構成することにより、レールと車輪踏面間の粘着力は、溶着片を生じさせるアルミニウム系焼結中間ブロック３〔あるいは炭化珪素のセラミック材で複合化した高燐鋳鉄系ブロック〕４Ａ，４Ｂ，５Ａ，５Ｂで増大し、車輪踏面と車両ブレーキ用制輪子間の摩擦力は、鉄系焼結合金ブロック４Ａ，４Ｂ，５Ａ，５Ｂで増加する関係になる。
【００２８】
また、縦溝６Ａ，６Ｂの形成により車輪踏面に溶着片による均一な筋目を形成することができ、増粘着効果の確保と転動騒音の低減を両立させることができる。
【００２９】
例えば、アルミニウム系焼結材を中間ブロックとすることにより、車輪中央部に大きな溶着片によるトレッドパターンを形成することができる。また、車輪・レール踏面の接触面の排水性の向上を図ることができる。
【００３０】
なお、ここで、中間ブロック３の面積は車両ブレーキ用制輪子１の全体の面積の１０％以上で５０％以下となし、縦溝６Ａ，６Ｂの幅は２ｍｍ以上で２０ｍｍ以下とすることが望ましい。
【００３１】
図４は本発明の第２実施例を示す車両ブレーキ用制輪子の構成図であり、図４（ａ）はその正面図、図４（ｂ）は図４（ａ）のＡ−Ａ線断面図、図４（ｃ）は図４（ａ）のＢ−Ｂ線断面図、図５はその車両ブレーキ用制輪子の斜視図である。
【００３２】
これらの図において、１１は車両ブレーキ用制輪子、１２はバックメタル、１３は溶着片を生じさせるアルミニウム主材〔炭化珪素を含んでもよい〕の焼結系中間ブロック、１４Ａ，１４Ｂ，１５Ａ，１５Ｂは２分割した鉄系焼結合金〔あるいは炭化珪素のセラミック材でもよい〕のブロック、１６Ａ，１６Ｂには縦溝があり、これにより、踏面の摺動方向に溝部に溶着片が形成される。１７Ａ，１７Ｂは踏面の摺動方向に直交する隙間溝（横断溝）である。
【００３３】
このように、この実施例の車両ブレーキ用制輪子１１は、３ブロック共、焼結系の合金制輪子であって、鉄系焼結合金あるいはセラミック材で複合化した高燐鋳鉄系ブロック１４Ａ，１４Ｂ，１５Ａ，１５Ｂの間にアルミニウム・炭化珪素焼結系中間ブロック１３を配置した３ブロックのハイブリッド構造であり、アルミニウム・炭化珪素系焼結中間ブロック１３以外のブロック１４Ａ，１４Ｂ，１５Ａ，１５Ｂには踏面の摺動方向に縦溝１６Ａ，１６Ｂを有する。
【００３４】
このように構成したので、溶着片を生じさせるアルミニウム（炭化珪素を含む場合がある）焼結系制輪子による増粘着力の効果の確保とともに、鉄系焼結合金（あるいは炭化珪素のセラミック材でもよい）のブロック１４Ａ，１４Ｂ，１５Ａ，１５Ｂの長所である摩擦特性の安定化を図ることができる。
【００３５】
また、縦溝１６Ａ，１６Ｂにより踏面の摺動方向に形成されるアルミニウム焼結材の溶着片により溝部に溶着片が形成される。
【００３６】
このように、アルミニウム系焼結を中間ブロックとすることにより、図６に示すように、車輪２１の踏面２２には縦溝１６Ａ，１６Ａから流れ出た溶着片で形成されたトレッドパターン２３が形成される。なお、２４は車輪２１のフランジである。このようにして、車輪踏面２２の中央部に摺動方向に大きな筋目を形成することができ、増粘着効果の確保と転動騒音の低減を両立させることができる。
【００３７】
また、図４（ａ）に示すように、隙間溝（横断溝）１７Ａ，１７Ｂから車輪踏面上の水膜２５が排除される。したがって、車輪・レール踏面の接触面の粘着力の向上を図ることができる。
【００３８】
更に、これらの構成は、車輪踏面制輪子に加え、増粘着踏面研摩子や踏面清掃子としても適用可能である。
【００３９】
また、３５０ｋｍ／ｈ級新幹線に対応する増粘着とディスクブレーキの分担を低減することもできる。
【００４０】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明の車両ブレーキ用制輪子は、アルミニウム系焼結中間ブロックによる増粘着力の効果と、セラミック材で複合化した高燐鋳鉄系又は焼結系ブロックの長所である摩擦特性の安定化を図ることができる鉄道車両ブレーキ用制輪子として利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の車両ブレーキ用制輪子と車輪を示す図である。
【図２】本発明の第１実施例を示す車両ブレーキ用制輪子の構成図である。
【図３】本発明の第１実施例を示す車両ブレーキ用制輪子の斜視図である。
【図４】本発明の第２実施例を示す車両ブレーキ用制輪子の構成図である。
【図５】本発明の第２実施例を示す車両ブレーキ用制輪子の斜視図である。
【図６】本発明の作用を示す車輪の模式図である。
【図７】従来の車両ブレーキ用制輪子（その１）を示す図である。
【図８】従来の車両ブレーキ用制輪子（その２）を示す図である。
【符号の説明】
【００４３】
１，１１    車両ブレーキ用制輪子
２，１２    バックメタル
３，１３    溶着片を生じさせるアルミニウム系焼結中間ブロック
４Ａ，４Ｂ，５Ａ，５Ｂ，１４Ａ，１４Ｂ，１５Ａ，１５Ｂ    セラミック材
６Ａ，６Ｂ    踏面の摺動方向に形成される縦溝
７Ａ，７Ｂ，１６Ａ，１６Ｂ，１７Ａ，１７Ｂ    踏面の摺動方向に直交する隙間溝（横断溝）
１０    車輪
１３    溶着片を生じさせるアルミニウム・炭化珪素系焼結中間ブロック
２１    車輪
２２    車輪踏面
２３    トレッドパターン
２４    車輪のフランジ
２５    排除された水膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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